CN106464625B - 频偏残差估计方法、装置及系统 - Google Patents

频偏残差估计方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种频偏残差估计方法、装置及系统，属于无线通讯领域。包括：第一生成单元，用于根据短训练字段STF生成数据部分，数据部分包括M个正交频分复用OFDM符号，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，1≤N＜M；第二生成单元，用于生成无线帧，无线帧中包括STF和数据部分；发送单元，用于将无线帧发送至接收装置，以便于接收装置估计数据部分的频偏残差。该频偏残差估计方法、装置及系统能够解决数据部分的每个OFDM符号都存在导频开销的问题，实现至少有1个OFDM符号没有导频开销的效果。本发明用于无线通讯。

Description

频偏残差估计方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，特别涉及一种频偏残差估计方法、装置及系统。
背景技术
在无线通讯系统中，数据是通过无线帧进行传输的，发射装置发送的无线帧的载波频率与接收装置接收到的无线帧的载波频率之间存在频偏。为了保证数据的可靠性传输，需要对频偏进行准确估计并对频偏残差加以补偿。无线通信标准中，WiFi(WirelessFidelity，无线保真)系统采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术进行通信，在通信过程中，需要进行频偏和频偏残差的估计及补偿。
现有技术中，无线帧包括前导码和数据部分，其中，前导码包括STF(ShortTraining Field，短训练字段)，数据部分包括OFDM符号，每个所述OFDM符号中设置有预设个数的导频子载波，STF被用于频偏估计，数据部分的OFDM符号中的导频子载波被用于频偏残差估计。示例的，在IEEE802.11ac标准中，在信道带宽为20MHz(兆赫兹)的情况下，数据部分的每个OFDM符号中设置有4个导频子载波。
当一个OFDM符号中的导频开销较高时，该OFDM符号中的数据子载波个数较少，数据携带能力较低。示例的，在IEEE802.11ac标准中，在信道带宽为20MHz的情况下，数据部分的OFDM符号中的有效子载波是56个，其中，设置有导频子载波的有效子载波是4个，则数据部分的每个OFDM符号的导频开销均为4/56。现有技术中数据部分的每个OFDM符号中都设置有导频子载波，因此数据部分的每个OFDM符号都存在导频开销的问题。
发明内容
为了解决数据部分的每个OFDM符号都存在导频开销的问题，本发明实施例提供了一种残差估计方法、装置及系统。所述技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种频偏残差估计装置，所述频偏残差估计装置包括：
第一生成单元，用于根据STF生成数据部分，所述数据部分包括M个正交频分复用OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
第二生成单元，用于生成无线帧，所述无线帧中包括所述STF和所述数据部分；
发送单元，用于将所述无线帧发送至接收装置，以便于所述接收装置根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
结合第一方面，在第一种可实现方式中，所述第一生成单元，包括：
设置模块，用于根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波。
结合第一方面，在第二种可实现方式中，所述设置模块，包括：
设置子模块，用于根据所述STF在所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
第二方面，本发明实施例提供一种频偏残差估计装置，所述频偏残差估计装置包括：
接收单元，用于接收发射装置发送的无线帧，所述无线帧中包括STF和数据部分，所述数据部分是根据所述STF生成的，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
估计单元，用于根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
结合第二方面，在第一种可实现方式中，所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波。
结合第二方面，在第二种可实现方式中，所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
第三方面，本发明实施例提供一种频偏残差估计方法，所述频偏残差估计方法包括：
根据STF生成数据部分，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
生成无线帧，所述无线帧中包括所述STF和所述数据部分；
将所述无线帧发送至接收装置，以便于所述接收装置根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
结合第三方面，在第一种可实现方式中，所述根据STF生成数据部分，包括：
根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波。
结合第三方面，在第二种可实现方式中，所述根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波，包括：
根据所述STF在所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
第四方面，本发明实施例提供一种频偏残差估计方法，该频偏残差估计方法包括：
接收发射装置发送的无线帧，所述无线帧中包括STF和数据部分，所述数据部分是根据所述STF生成的，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
结合第四方面，在第一种可实现方式中，所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波。
结合第四方面，在第二种可实现方式中，所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
第五方面，本发明实施例提供一种频偏残差估计装置，所述频偏残差估计装置包括：
处理器，用于根据STF生成数据部分，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
所述处理器，还用于生成无线帧，所述无线帧中包括所述STF和所述数据部分；
发射机，用于将所述无线帧发送至接收装置，以便于所述接收装置根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
结合第五方面，在第一种可实现方式中，所述处理器，用于根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波。
结合第五方面，在第二种可实现方式中，所述处理器，用于根据所述STF在所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
第六方面，本发明实施例提供一种频偏残差估计装置，所述频偏残差估计装置包括：
接收机，用于接收发射装置发送的无线帧，所述无线帧中包括STF和数据部分，所述数据部分是根据所述STF生成的，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
处理器，用于根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
结合第六方面，在第一种可实现方式中，所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波。
结合第六方面，在第二种可实现方式中，所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
第七方面，本发明提供一种频偏残差估计系统，包括：
第一方面所述的任一频偏残差估计装置；
以及第二方面所述的任一频偏残差估计装置。
第八方面，本发明提供一种频偏残差估计系统，包括：
第五方面所述的任一频偏残差估计装置；
以及第六方面所述的任一频偏残差估计装置。
本发明实施例提供了一种频偏残差估计方法、装置及系统，发射装置根据STF生成数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种无线帧的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种频偏残差估计装置的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的一种频偏残差估计装置的第一生成单元的结构示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种频偏残差估计装置的第一生成单元的设置模块的结构示意图；
图5是本发明一实施例提供的另一种频偏残差估计装置的结构示意图；
图6是本发明一实施例提供的一种频偏残差估计方法流程图；
图7是本发明一实施例提供的另一种频偏残差估计方法流程图；
图8是本发明一实施例提供的再一种频偏残差估计方法流程图；
图9是本发明一实施例提供的一种STF的结构示意图；
图10是本发明一实施例提供的一种数据部分的结构示意图；
图11是本发明一实施例提供的一种频偏估计流程图；
图12是本发明实施例提供的一种无线通讯系统的吞吐率性能示意图；
图13是本发明一实施例提供的再一种频偏残差估计装置的结构示意图；
图14是本发明一实施例提供的又一种频偏残差估计装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
无线通讯系统包括发射装置和接收装置，发射装置和接收装置是通过无线帧进行数据通信的，请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种无线帧的结构示意图。该无线帧包括：传统前导码，控制字段，下行子帧和上行子帧。其中，传统前导码的结构与现有技术相同，本发明实施例对此不做赘述，下行子帧和上行子帧中均包括前导码01和数据部分02，其中，前导码01包括STF，LTF(Long Training Field，长训练字段)和SIG(Signaling，信令字段)，数据部分02可以包括下行多用户数据，下行单用户数据，上行多用户数据和上行单用户数据，需要说明的是，上述数据部分02由OFDM符号组成。
本发明实施例提供一种频偏残差估计装置20，如图2所示，频偏残差估计装置20包括：第一生成单元201，第二生成单元202和发送单元203。
第一生成单元201，用于根据STF生成数据部分，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数。
第二生成单元202，用于生成无线帧，无线帧中包括STF和数据部分。
发送单元203，用于将无线帧发送至接收装置，以便于接收装置根据N个OFDM符号中的导频子载波估计数据部分的频偏残差。
综上所述，第一生成单元根据STF生成数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
具体的，如图3所示，第一生成单元201，可以包括：设置模块2011。
设置模块2011，用于根据STF在数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波。
如图4所示，设置模块2011，还可以包括：设置子模块20111。
设置子模块20111，用于根据STF在数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
综上所述，第一生成单元根据STF生成数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
本发明实施例提供一种频偏残差估计装置30，如图5所示，该频偏残差估计装置30包括：接收单元301和估计单元302。
接收单元301，用于接收发射装置发送的无线帧，无线帧中包括STF和数据部分，数据部分是根据STF生成的，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数。
估计单元302，用于根据N个OFDM符号中的导频子载波估计数据部分的频偏残差。
需要说明的是，数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波，实际应用中，所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
综上所述，接收单元接收发射装置发送的无线帧，该无线帧中包括STF和数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
本发明实施例提供的频偏残差估计装置可以应用于下文所述的频偏残差估计方法，本发明实施例中各个单元的工作流程和工作原理可以参见下文各实施例中的描述。
本发明实施例提供一种频偏残差估计方法，如图6所示，该方法包括：
步骤401、根据STF生成数据部分，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数。
步骤402、生成无线帧，无线帧中包括STF和数据部分。
步骤403、将无线帧发送至接收装置，以便于接收装置根据N个OFDM符号中的导频子载波估计数据部分的频偏残差。
需要说明的是，根据STF生成数据部分可以包括：根据STF在数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波，实际应用中，根据STF在数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
综上所述，发射装置根据STF生成数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
本发明实施例提供一种频偏残差估计方法，如图7所示，该方法包括：
步骤501、接收发射装置发送的无线帧，无线帧中包括STF和数据部分，数据部分是根据STF生成的，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数。
需要说明的是，数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波，实际应用中，数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
步骤502、根据N个OFDM符号中的导频子载波估计数据部分的频偏残差。
综上所述，接收装置接收发射装置发送的无线帧，该无线帧中包括STF和数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
本发明实施例提供一种频偏残差估计方法，如图8所示，该方法包括：
步骤601、发射装置生成STF。
发射装置生成STF的过程可以参考现有技术，本发明实施例对此不再赘述。
示例的，图9示出了发射装置生成的一种STF的结构示意图，该STF70是根据IEEE802.11ac标准生成的，该STF70包括：无效子载波701、空白子载波702和被使用的子载波703，该被使用的子载波703可以是导频子载波，即插入了导频的子载波，其中，无效子载波701如图9中带菱形纹的方格所示，位于STF70的频域上的两侧，空白子载波702如图9中空白的方格所示，被使用的子载波703如图9中带斜纹的方格所示，空白子载波702和被使用的子载波703以一定的间隔在频域上排布。
步骤602、发射装置根据STF生成数据部分。
示例的，发射装置可以根据STF中被使用的子载波在频域上的位置来生成数据部分，使得生成后的数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数，即1≤N＜M。
如图10所示，其提供了一种无线帧的数据部分的结构示意图，该数据部分80是在信道带宽为20MHz的情况下，发射装置根据图9中的STF70生成的，该数据部分80包括无效子载波801、数据子载波802和导频子载波803，无效子载波801如图10中带菱形纹的方格所示，数据子载波802如图10中带点的方格所示，导频子载波803如图10中带斜纹的方格所示，该数据部分80包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波803，该导频子载波803在频域上的位置与图9中的STF70中的子载波703在频域上的位置一一对应。
需要说明的是，在本发明实施例中，可以在数据部分的多个OFDM符号中设置导频子载波，设置导频子载波的OFDM符号可以相邻也可以不相邻，本发明实施例对此不做限定。
特别的，为了减少整个数据帧的导频开销，可以在少数OFDM符号中设置导频子载波，例如，在数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波，实际应用中，可以在该数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。示例的，如表1所示，表1是记载了现有技术中，不同信道带宽所对应的数据部分的导频开销，以IEEE802.11ac为例，假设数据部分的OFDM符号为20个，在信道带宽为20MHZ情况下，数据部分的每个OFDM符号中的有效子载波是56个，数据部分的每个OFDM符号中设置有4个导频子载波，数据部分的导频开销为4/56＝7.14％；同理，在信道带宽为40MHZ情况下，数据部分的每个OFDM符号中设置有6个导频子载波，数据部分的导频开销为5.17％；在信道带宽为80MHZ情况下，数据部分的每个OFDM符号中设置有8个导频子载波，数据部分的导频开销为3.28％；在信道带宽为160MHZ情况下，数据部分的每个OFDM符号中设置有16个导频子载波，数据部分的导频开销为3.2％。
表1
表2记载了不同信道带宽下，本发明实施例提供的频偏残差估计方法所对应的数据部分的导频开销。示例的，假设数据部分包括20个OFDM符号，在信道带宽为20MHZ的情况下，数据部分的每个OFDM符号中的有效子载波是56个，数据部分的第一个OFDM符号中设置有12个导频子载波，数据部分的导频开销为12/(56*20)＝1.07％；同理，在信道带宽为40MHZ的情况下，数据部分的第一个OFDM符号中设置有24个导频子载波，数据部分的导频开销为1.03％；在信道带宽为80MHZ的情况下，数据部分的第一个OFDM符号中设置有48个导频子载波，数据部分的导频开销为0.984％；在信道带宽为160MHZ的情况下，数据部分的第一个OFDM符号中设置有56个导频子载波，数据部分的导频开销为0.96％，与表1进行对比可以看出，采用本发明实施例提供的频偏残差估计方法可以有效地减少数据部分的导频开销。
表2
步骤603、发射装置根据STF和数据部分生成无线帧。
发射装置将STF和数据部分组合即可生成无线帧，示例的，发射装置可以将图9中的STF70和图10中的数据部分80组合起来生成无线帧，该无线帧的数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有12个导频子载波，该N个OFDM符号中的每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数。
步骤604、发射装置向接收装置发送无线帧。
步骤605、接收装置对无线帧进行频偏估计。
示例的，如图11所示，接收装置可以采用差分相位估计法对无线帧进行频偏估计，具体过程包括：
步骤6051、接收装置对无线帧进行初始频偏估计。
在本发明实施例提供的无线通讯系统中，发射装置包括多个发射天线，接收装置包括多个接收天线，第t个发射天线到第r个接收天线之间存在多径时变信道，假设在第n个OFDM符号发射期间，信道不变，则接收装置的第r个接收天线在第n个OFDM符号的第i个采样时刻的时域接收信号的计算公式(1)为：
其中，j＝[0，1，...，Ng-1]，N为OFDM中子载波的个数，Ng为OFDM的CP(Cyclic Prefix，循环前缀)长度，ε为归一化频偏值，为发设装置的第t个发射天线到第r个接收天线在第n个OFDM符号对应多径时变信道的第l径的信道响应，为第t个发射天线到第r个接收天线的第l径时延，为第t个发射天线的第n个OFDM符号经过发射天线t和接收天线r之间第l径信道时延后的第i个采样点的值，为第r个接收天线在第n个OFDM符号的第i个采样时刻对应的加性高斯白噪声。
接收装置可以根据接收装置接收的OFDM符号中CP部分与OFDM符号之间的关系，采用基于CP的频偏估计方法，确定初始归一化载波频偏估计，并对该初始归一化载波频偏估计取相位得到下列公式(2)：
其中，NR为接收天线的个数，NS为OFDM符号的个数，为公式(1)中计算得到的ε为归一化频偏值。
在公式(2)中，需要保证频偏的范围为-0.5≤ε≤0.5，则相应的相位的范围为：
根据归一化频偏和初始频率偏差之间的关系ε＝Δf/fs，可得初始频率偏差ε的范围为：
-1/2×fskHz≤Δf≤1/2×fskHz。
步骤6052、接收装置进行导频数据缓存。
将NT根发射天线、NR根接收天线的MIMO(Multi-input Multi-output，多输入多输出)-OFDM系统所有接收天线接收到的当前时域的OFDM信号去除CP，然后经DFT(DiscreteFourier Transform，离散傅里叶变换)模块转换得到的频域导频子载波Y，最终采用如下公式(3)更新接收导频数据缓存：
Y(-1)＝Y0，Y0＝Y (3)
其中，表示NT根发射天线、NR根接收天线的MIMO-OFDM系统中，所有接收天线接收到去除了CP后经DFT模块后的当前频域OFDM符号块，为第r个接收天线上的频域接收信号向量，pk，k＝1，...，Np-1分别为Np个导频子载波的序号，其中，(·)T表示求括号内变量的转置。
步骤6053、接收装置进行数据预处理与相位计算。
导频数据缓存中所存储的相邻两个导频子载波经过数据预处理之后，结合发射装置发送的相邻导频子载波计算得到如下相位值：
其中，angle表示相位值，arg(·)为取括号内变量的相位。
步骤6054、接收装置对无线帧进行频偏残差估计。
在频偏估计ε的基础上，可得初始相位差4πεd/4，初始相位差可以依据下列公式(4)计算相位折叠数：
times＝round(|4πεd/N×4π|)＝round(|d/N×ε|) (4)
其中，times表示相位折叠数，round(·)为四舍五入运算，d为时域上相邻的设置有导频子载波的OFDM符号之间间隔的OFDM符号个数。
计算相位值angle的三组相位候选修正值，如果频偏估计ε为正值，则计算候选修正值anglei时选择加法，即
angle1＝angle+times×2π；
angle2＝angle+(times+1)×2π；
angle3＝angle+(times-1)×2π；
如果频偏估计ε为负值，则计算候选修正值anglei时选择减法，即
angle1＝angle-times×2π；
angle2＝angle-(times+1)×2π；
angle3＝angle-(times-1)×2π；
根据三组候选相位值分别计算根据下列公式(5)计算三个绝对差值：
Di＝|anglei-2πεd/N| (5)
在三个绝对差值中获取最小的绝对差值，将该最小的绝对差值所对应的修订相位值anglei作为最终修订的相位值用于后续计算，该相位值即为频偏残差，即令angle＝min{angle1，angle2，angle3}，min{·}表示取括号内数值的最小值，则angle即为频偏残差。
采用本发明实施例提供的残差估计方法能够有效提高无线通讯系统的数据吞吐率，示例的，当采用IEEE802.11ac标准，信道带宽为20MHz时，现有技术中，假设无线帧中的数据部分的M个OFDM符号中均设置有导频子载波，则每个OFDM符号都存在导频开销；本发明实施例中，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销，提高了该OFDM符号的数据携带能力，假设数据部分的第一个OFDM符号中设置有导频子载波，则相对于整个数据部分来说，该数据部分的整体导频开销几乎可以忽略，因此，本发明实施例提供的频偏残差估计方法应用在无线通讯系统中，系统的吞吐率性能的损失也相对较少。
表3为吞吐率性能仿真参数表，其中，IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅里叶逆变换)表示快速傅里叶逆变换，MCS(Modulation and Coding Scheme，调制与编码策略)表示调制与编码策略，Tx(Transmit，发射)表示无线通讯系统中的发射天线，Rx(Receive，接收)表示无线通讯系统中的接收天线，ppm(Parts Per Million，每百万单位)是频偏残差值的单位，CHD NLOS(Channel D Non Line Of Sight，信道模型名称)是仿真所使用的信道模型，ms(Millisecond，毫秒)是时间单位。
表3
仿真参数名 仿真参数值
收发天线数 1Tx 1Rx
IFFT变换点数 64
CP长度 16
频偏残差值 10ppm
频偏估计算法 差分相位估计法或理想频偏估计法
信道类型 CHD NLOS
MCS 0～7
帧长 5.464ms
数据部分的OFDM数 1361
每个OFDM符号子载波数 56
数据部分的第一个OFDM符号中数据子载波数 44
数据部分的第一个OFDM符号中导频子载波数 12
现有技术中每个OFDM符号中数据子载波数 52
如表3所示，假设发射装置的发射天线和接收装置的接收天线个数均为1个；IFFT变换点数为64；无线帧的CP长度为16；频偏残差值为10ppm；频偏估计算法采用的方法为差分相位法或理想频偏估计法；无线通讯的信道类型为CHD NLOS；无线帧的调制模式设置有8种；无线帧的长度为5.464ms，该无线帧的数据部分包括1361个OFDM符号，每个OFDM符号的有效子载波个数为56个，采用本发明实施例提供的频偏残差估计方法，在数据部分的第一个OFDM符号中设置有12个导频子载波，该OFDM符号的数据子载波个数为44个，现有技术中，数据部分的每个OFDM符号的数据子载波个数为52个。采用本发明实施例提供的频偏残差估计方法，数据部分的第一个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分中除该第一个OFDM符号之外的1360个OFDM符号中的每个OFDM符号的有效数据子载波个数为56个，相比于现有技术，这1360个OFDM符号的数据携带能力得到了提高。
图12是表3对应的宽带WiFi的吞吐率性能结果示意图。其中，实线A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7分别表示MCS为MCS0、MCS1、MCS2、MCS3、MCS4、MCS5、MCS6和MCS7时，在数据部分的OFDM符号中设置有连续导频子载波的情况下，采用理想频偏估计法时对应的无线通讯系统的吞吐率性能示意图；虚线B0、B1、B2、B3、B4、B5、B6和B7分别表示MCS为MCS0、MCS1、MCS2、MCS3、MCS4、MCS5、MCS6和MCS7时，在数据部分的第一个OFDM符号中设置有导频子载波的情况下，采用差分相位估计法时对应的无线通讯系统的吞吐率性能示意图。从图12中可以看出：
当MCS为MCS0、MCS1和MCS2中的任意一种时，数据部分的第一个OFDM符号中设置有导频子载波对应的无线通讯系统的吞吐率性能，优于现有技术中数据部分的OFDM符号中设置有连续导频子载波所对应的无线通讯系统的吞吐率性能。
当MCS为MCS4、MCS5、MCS6和MCS7中的任意一种时，在中低信噪比条件下，数据部分的第一个OFDM符号中设置有导频子载波对应的无线通讯系统的吞吐率性能，和现有技术所对应的无线通讯系统的吞吐率性能基本相同；在信噪比足够高时，数据部分的第一个OFDM符号中设置有导频子载波对应的无线通讯系统的吞吐率性能，优于现有技术所对应的系统的吞吐率性能。
综上所述，根据STF生成数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。进一步，数据部分中，至少有1个OFDM符号不存在导频开销，则提高了该OFDM符号携带数据的能力，因此提高了无线通讯系统的数据吞吐率。
本发明实施例提供一种频偏残差估计装置90，如图13所示，频偏残差估计装置90包括：处理器901和发射机902。
处理器901，用于根据STF生成数据部分，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数。
所述处理器901，还用于生成无线帧，该无线帧中包括STF和数据部分。
发射机902，用于将无线帧发送至接收装置，以便于接收装置根据N个OFDM符号中的导频子载波估计数据部分的频偏残差。
综上所述，处理器根据STF生成数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
处理器901还可以用于：根据STF在数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波，实际应用中，根据STF在数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
综上所述，处理器根据STF生成数据部分，该数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号中没有导频开销。
本发明实施例提供一种频偏残差估计装置100，如图14所示，频偏残差估计装置100包括：接收机1001和处理器1002。
接收机1001，用于接收发射装置发送的无线帧，无线帧中包括STF和数据部分，数据部分是根据STF生成的，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，N为大于或等于1且小于M的整数。
处理器1002，用于根据N个OFDM符号中的导频子载波估计数据部分的频偏残差。
需要说明的是，上述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波，实际应用中，数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
综上所述，接收机接收发射装置发送的无线帧，该无线帧中包括数据部分，数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，则数据部分的M-N个OFDM符号中没有设置导频子载波，因此数据部分中，至少有1个OFDM符号没有导频开销。
本发明实施例提供一种频偏残差估计系统，包括：发射装置和接收装置，发射装置包括图2所示的频偏残差估计装置20，接收装置包括图5所示的频偏残差估计装置30。
本发明实施例提供一种频偏残差估计系统，包括：发射装置和接收装置，发射装置包括如图13所示的频偏残差估计装置90，接收装置包括图14所示的频偏残差估计装置100。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种频偏残差估计装置，其特征在于，所述频偏残差估计装置包括：
第一生成单元，用于根据短训练字段STF生成数据部分，所述数据部分包括M个正交频分复用OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
第二生成单元，用于生成无线帧，所述无线帧中包括所述STF和所述数据部分；
发送单元，用于将所述无线帧发送至接收装置，以便于所述接收装置根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
2.根据权利要求1所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述第一生成单元，包括：
设置模块，用于根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波。
3.根据权利要求2所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述设置模块，包括：
设置子模块，用于根据所述STF在所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
4.一种频偏残差估计装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收发射装置发送的无线帧，所述无线帧中包括短训练字段STF和数据部分，所述数据部分是根据所述STF生成的，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
估计单元，用于根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
5.根据权利要求4所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波。
6.根据权利要求5所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
7.一种频偏残差估计方法，其特征在于，包括：
根据短训练字段STF生成数据部分，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
生成无线帧，所述无线帧中包括所述STF和所述数据部分；
将所述无线帧发送至接收装置，以便于所述接收装置根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据STF生成数据部分，包括：
根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波，包括：
根据所述STF在所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
10.一种频偏残差估计方法，其特征在于，包括：
接收发射装置发送的无线帧，所述无线帧中包括短训练字段STF和数据部分，所述数据部分是根据所述STF生成的，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
13.一种频偏残差估计装置，其特征在于，所述频偏残差估计装置包括：
处理器，用于根据短训练字段STF生成数据部分，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
所述处理器，还用于生成无线帧，所述无线帧中包括所述STF和所述数据部分；
发射机，用于将所述无线帧发送至接收装置，以便于所述接收装置根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
14.根据权利要求13所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述处理器，用于根据所述STF在所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置导频子载波。
15.根据权利要求14所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述处理器，用于根据所述STF在所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置导频子载波。
16.一种频偏残差估计装置，其特征在于，所述频偏残差估计装置包括：
接收机，用于接收发射装置发送的无线帧，所述无线帧中包括短训练字段STF和数据部分，所述数据部分是根据所述STF生成的，所述数据部分包括M个OFDM符号，其中，N个OFDM符号中设置有导频子载波，所述N个OFDM符号中每个OFDM符号的导频子载波在频域上的位置与所述STF中被使用的子载波在频域上的位置相同，所述N为大于或等于1且小于所述M的整数；
处理器，用于根据所述N个OFDM符号中的导频子载波估计所述数据部分的频偏残差。
17.根据权利要求16所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述数据部分中的任意一个或两个OFDM符号中设置有导频子载波。
18.根据权利要求17所述的频偏残差估计装置，其特征在于，
所述数据部分中的第一个OFDM符号中设置有导频子载波。
19.一种频偏残差估计系统，其特征在于，包括：
权利要求1至3任意一项权利要求所述的频偏残差估计装置；
以及权利要求4至6任意一项权利要求所述的频偏残差估计装置。
20.一种频偏残差估计系统，其特征在于，包括：
权利要求13至15任意一项权利要求所述的频偏残差估计装置；
以及权利要求16至18任意一项权利要求所述的频偏残差估计装置。
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